磁路与变压器
磁路与变压器
1 磁路
在工程实际中，很多电工设备与电路和磁路都有关系，如变压器、电动机、电磁铁以及继电器等。实际电路中有大量电感元件，电感线圈中有铁心，线圈通电后铁心就构成磁路，磁路受电路影响，同时磁路又影响电路。因此在电工技术中不仅要讨论电路问题，还要讨论磁路问题。 我们知道，通电导体周围存在磁场。在变压器、电动机、电磁铁以及继电器等电气设备中，为了用较小的电流产生较大的磁场，一般把采用磁性能良好的铁磁材料做成一定形状的铁心。当有电流通过线圈时，电流产生的磁通绝大部分通过铁心而形成一个闭合的通路，通过铁心的磁通称为主磁通Φ（main flux ）；还有一少部分通过空气等非磁性材料而闭合，这部分磁通称为漏磁通σΦ（leak flux ），由于漏磁通很小，常省略。
(a ) 电磁铁的磁路 (b ) 变压器的磁路 (c ) 直流电机的磁路
图1.1 常见的几种电气设备的磁路
主磁通通过的闭合路径称为磁路，用以产生磁场的电流称为励磁电流。常见的几种电气设备的磁路如图1.1所示。
1.1 磁路的基本物理量
1.磁感应强度B （magnetic induction intensity ）
磁感应强度B 是表示磁场内某点磁场强弱及方向的物理量。B 的大小可以用通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线的数目表示，也可以用通电直导体在该处所受的力的大小来衡量。B 是一个矢量，它的方向与励磁电流的方向之间符合右手螺旋定则。
在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉（T ），简称特。
1T=1Wb/m 2
2.磁通Φ（magnetic flux ）
均匀磁场中磁通Φ等于磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积，
BS =Φ 或 S
B Φ= 所以磁感应强度B 又称为磁通密度。
在国际单位制中，磁通的单位是韦伯（Wb ）。
3.磁场强度H （magnetic fiel intensity ） 磁场强度H 是计算磁场时引入的一个物理量，也是矢量。磁场中任意一点的磁感应强度B 与
该点的磁导率μ的比值定义为该点的磁场强度H ，即
μB
H =
在国际单位制中，磁场强度的单位是安培/每米（A/m ）。
4.磁导率μ
磁导率μ是表示物质的导磁性能的物理量，
H
B =μ 在国际单位制中，磁导率的单位是亨/米（H/m ）。
μ的单位m H m A m A s V m A m Wb /Φ//2
2=?=??== 实验证明：真空中的磁导率为
H/m 10470-?=πμ
为了便于比较各种物质的导磁能力，通常把任一物质的磁导率与真空磁导率的比值，称为该物质的相对磁导率r μ，即
00B B H H r ===μμμμμ 上式说明，在同样电流的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关。
1.2 磁路基本定律
磁路和电路一样它的分析与计算，也需要通过一些基本定律来进行。
1.安培环路定律（Ampere ’s circuital law ）
安培环路定律，又称为全电流定律，是对磁路进行分析与计算的基本定律。安培环路定律指出：在磁场中，沿任一个闭合路径，磁场强度的线积分等于该闭合路经所包围面的电流的代数和，即
?∑=?l I l d H
式中电流的正负是这样规定的：电流参考方向与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。
在均匀磁场中，常常遇到闭合回路上各点的磁场强度相等并且其方向与闭合回路的切线方向一致的情况，这时安培环路定律可简化为：
I Hl ∑=
其中，l 为磁路的平均长度。由于电流和闭合回路绕行方向符合右手螺旋定则，线圈有N 匝，电流就穿过回路N 次，因此
F NI I ==∑
则
F NI Hl ==
NI F =称为磁动势，单位是安（A ）。
2.磁路欧姆定律（Ohm’s law of magnetic circuit ）
磁路的欧姆定律是分析与计算磁场的基本定律。设磁路由单一铁磁材料构成，其横截面为S ，磁路的平均长度为l ，因此通过截面的磁通为：
HS BS μ==Φ
对于均匀磁路，
Hl NI =
或
H
NI l =
代入HS BS μ==Φ可得： m R F S
l NI S l NI HS ====Φμμμ 该式在形式上与电路的欧姆定律相似，称为磁路欧姆定律。其中S l R m μ=
称为磁阻（magnetic resistance ），表示对磁通的阻碍作用，单位是亨-1（H -
1）。
磁路与电路有很多相似之处，为便于比较，列表如下： 表1 磁路与电路的比较
3.电磁感应定律
当通过线圈的电流发生变化时，线圈中的磁通也随之变化，并在线圈中出现感应电流，这表明线圈中感应了电动势。即
dt di L dt d N
e -=-=Φ 当0>Φdt
d ，即穿过线圈的磁通增加时，
e <0，这时感应电动势的方向与参考方向相反，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的增加；当0<Φdt
d ，即穿过线圈的磁通减少时，
e >0，这时感应电动势的方向与参考方向相同，表明感应电流产生的磁场要阻止原磁场的减少。
1.3 物质的磁性能
自然界的所有物质可根据磁导率的大小分为磁性材料和非磁性材料两大类，一类是磁性材料，如铁、钴等，磁性材料的相对磁导率1>>r μ，导磁性能远比真空好，常用来做成铁心；另一类是非磁性材料，如各种气体、非金属材料等，非磁性材料的相对磁导率1≈r μ，导磁性能与真空接近。其中磁性材料具有下列磁性能：
1.高导磁性
磁导率μ可达102~104 ，由铁磁材料组成的磁路磁阻很小，在线圈中通入较小的电流即可获得较大的磁通。在实际工程中通常利用磁性材料的高导磁性，如在变压器、电动机、电磁铁等电气设备的线圈中放入铁心，这样只要在线圈中通入较小的励磁电流，就可产生足够大的磁通和磁感应强度。
2.磁饱和性
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当磁场强度H （或励磁电流I ）增大到一定程度时，磁感应强度B 不会随H 的增大而无限增大，这时的磁感应强度B 将达到饱和值。
磁性材料的磁化特性通常用磁化曲线表示，即B-H 曲线，如图1.2所示。
H
图1.2 磁化曲线
磁化曲线可分为三段：在oa 段曲线，磁感应强度B 随着磁场强度H 的增大而几乎是线性增大，磁导率μ很大；在ab 段曲线，随着H 的增大，B 的增大缓慢，趋向饱和，在b 点附近，μ达最大值；在b 点以后的曲线，H 增大，B 几乎不再增大，这说明磁路已达饱和。
磁性物质不同，磁化曲线也不同，几种常用磁性材料的磁化曲线如图1.3所示。 0.1c b a c 硅钢片b 铸钢a 铸铁00.20.30.40.50.60.70.80.91.0×103
1
2345678910×103H / A ·m －1B / T 0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
H / A ·m －1
图1.3 磁化曲线
3.磁滞性
实际工程中的励磁电流是大小和方向都随时间往复变化的交流电流，线圈中通过交变电流时，H 的大小和方向都会改变，这时铁心在交变磁场中反复磁化，在反复磁化的过程中，B 的变化总是滞后于H 的变化，铁磁材料的这种特性称为磁滞性，其曲线称为磁滞回线如图1.4所示。
图1.4 磁滞回线
由图可见，当H 减小时，B 也随之减小。但当H =0时，铁心在磁化时所获得的磁性还未完全消失，这时铁心中所保留的磁感应强度称为剩磁B r 。若要去掉剩磁，需要在反方向增加外磁场，通常是加反向励磁电流。这种使B =0
的磁场强度H C 称为称为矫顽磁力。
根据铁磁物质的磁滞回线和磁化曲线，铁磁材料可分为三种：
（1）软磁材料：矫顽力和剩磁都小，磁滞回线较窄，磁滞损耗小。常用来制造变压器、电机和接触器等的铁心。
（2）硬磁材料：剩磁和矫顽力均较大，磁滞性明显，磁滞回线较宽。常用来制造永久磁铁。
（3）矩磁材料：只要受较小的外磁场作用就能磁化到饱和，当外磁场去掉，磁性仍保持，磁滞回线几乎成矩形。剩磁大，矫顽力小，常在电子技术和计算机技术中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。
（a ） （b ） （c ）
图1.5 不同材料的磁滞回线
2 电磁铁
一个绕有线圈的闭合铁心称为铁心线圈电路，其中既有电路又有磁路，相互影响。工作时线圈中通入励磁电流以产生磁场，按励磁电流种类的不同可分为直流铁心线圈电路和交流铁心线圈电路。铁心线圈电路是研究电磁铁、变压器、电机等电器设备的基础。
2.1 直流电磁铁
电磁铁电路的分析比较简单，因为励磁是直流，产生的磁通是恒定的，所以不会产生感应电动势。在一定的电压U 下，线圈电流I 只与线圈的R 有关，即
R
U I = 电流通过线圈时，将在电阻上产生功率损耗，称为铜损Cu P ?。即
R I P Cu 2=?
由此可见，铜损Cu P ?也只与R I 2有关。
2.2 交流电磁铁
交流电磁铁电路的分析比直流电磁铁电路复杂得多，因为铁心线圈电路中的励磁电流为交流，产生的磁通是交变的，所以会产生感应电动势。下面我们就来讨论交流铁心线圈电路。
1.电磁关系
在如图2.1所示交流铁心线圈电路中，当它接入交流电压u 时，线圈中将产生电流i ，若线圈的匝数为N ，则磁动势Ni F =将在线圈中产生磁通Φ、σΦ，这两个磁通将在线圈中产生感应电动势e 和σe ，其中e 为主磁电动势（main emf ），σe 为漏磁电动势（leak emf ）。
图2.1 交流铁心线圈电路
设电压u 、电流i 、磁通ΦσΦ、电动势e 和σe 的参考方向如图所示。则由KVL 得：iR e e u =++σ 其中R 为铁心线圈的电阻。 先来分析漏磁通产生的感应电动势：
由于漏磁通经过的路径主要是非铁磁材料，其磁导率和磁阻一般为常数，则漏磁通产生的感应电动势为：
dt
di L e σ
σ-= 其中漏磁通对应的电感为 i N ΦL σσ=
σL 在交流电路中的漏磁感抗为 σσπfL ωL X 2==
它是由漏磁通产生的。
因此，电压方程变为
e dt
di L iR u -+=σ
由KVL 的相量形式得 E I jX R I U
-+= E Z I
-= 其中，jX R Z +=，称为漏磁阻抗。
然后再来分析主磁通产生的感应电动势：
感抗不是常数应按以下方法计算：设ωt sin ΦΦm =，则
)
90t (sin Φ2cos ΦΦ0-=-=-=ωπfN ωt ωN dt d N e m m
I
式中m m fN E Φ=π2是主磁电动势的最大值，则有效值为
m m m fN .πNf E E Φ4442
Φ22===
通常线圈的电阻R 很小，漏磁通也远远小于主磁通，因此可忽略它们的影响。则
E E Z I U -≈-= 其有效值
m m
fN E E U Φ44.42==≈
该式是分析研究电磁铁变压器和交流电动机等电气设备常用的重要公式。在U 和f 一定时，交流铁心线圈电路中m Φ基本不变。
2.功率损耗
交流铁心线圈中消耗的损耗有两种：一部分是线圈电阻上消耗的功率，称为铜损Cu P ?；另一部分是铁心上消耗的损耗，称为铁损Fe P ?，它包括磁滞损耗h P ?和涡流损耗e P ?。
（1）铜损(copper loss)
R I P Cu 2=?
式中R 为线圈的电阻，I 是线圈的电流。
（2）铁损(core loss)
e h Fe P P P ?+?=?
在交变电路中的铁损主要是由磁滞和涡流产生的。
①磁滞损耗 (hysteresis loss)
由磁滞所产生的铁损称为磁滞损耗h P ?。它是由于在反复磁化过程中，磁感应强度B 落后于磁场强度H 的变化而产生的。实验证明：磁滞损耗与铁心磁滞损耗回线包围的面积成正比。为了减小磁滞损耗，应选用磁滞回线狭小的铁磁材料制造铁心，其中硅钢就是变压器和电机中常用的铁心材料，其磁滞损耗较小。
②涡流损耗(eddy current loss)
由涡流所产生的铁损称为涡流损耗e P ?。当线圈绕在铁心上并且通有交变电流时，铁心在交变磁通作用下产生感应电动势，从而在铁心平面内产生漩涡状的感应电流，称为涡流，它在垂直于磁通方向的平面内环流着。涡流损耗可引起铁心严重发热，因此为减小涡流损耗，多数电气设备的铁心都采用电祖率较大的硅钢片叠成，同时两面涂有绝缘漆，以限制涡流。
在交流磁通的作用下，铁心内的这两种损耗合称铁损Fe P ?。铁损与铁心内磁感应强度的最大值B m 的平方成正比，因此B m 不宜选得过大。
3 变压器
变压器（transformer ）是一种利用电磁感应原理传递交流信号和能量的电气设备。它的功能是
变换电压、变换电流和变换阻抗，在电力系统和电子技术中的各个领域有着极其广泛的应用。
在电力系统中，发电厂的电功率要实现远距离的输送，在P 、 cos 为一定值时，若采用的电压U 越高，输电线路中的电流I 越小，所以在输电方面利用变压器升高电压可以减小输电线路上的损耗，节约导电材料。目前，我国交流输电的电压最高已达500kV 。这样高的电压，无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑，都不允许由发电机直接生产。发电机的输出电压一般有
3.15kV 、6.3kV 、10.5kV 、175kV 等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。在配电方面，为了适应用电设备的电压要求，可以利用变压器降低电压为各类电气设备所需要的电压值。
在电子技术中，测量和控制系统中也广泛使用一些专用变压器，如整流变压器等。此外，还可以用变压器传递信号和变换阻抗等。
变压器种类很多，按其用途分：电力变压器、控制变压器、电焊变压器、自耦变压器、仪用互感器等；按其功能分：电力变压器、电源变压器、音频变压器、脉冲变压器、高频变压器、特殊变压器等；按其电压高低分：升压变压器、降压变压器；按其铁心或线圈结构分：心式、壳式；按其相数分：单相变压器、三相变压器、多相变压器。
3.1 变压器的基本结构
变压器种类虽多，但结构和基本原理是一样的，主要由铁心和绕组两个基本部分组成。 绕组 铁心 绕组
铁心
（a ）心式 （b ）壳式
图3.1 变压器外形结构图 1.铁心
铁心是变压器的磁路部分，为了减少磁通变化时所引起的铁损以及提高磁路的导磁能力，变压器的铁心要用厚度为0.35～0.5mm 的硅钢片交错叠装而成，片间用绝缘漆隔开。
2.绕组
绕组即线圈，是变压器的电路部分，其中与电源相连的线圈称为原绕组（或原边、初级绕组），用下标1表示；和负载相连的线圈称为副绕组（或副边、次级绕组），用下标2表示。绕组通常用绝缘的圆形铜线或扁形铝线绕制而成，绕组与绕组及绕组与铁心之间都是互相绝缘的。
3.其它
此外，变压器一般都有一个外壳，用来保护绕组以及散热和屏蔽的作用。变压器工作时，铁心和绕组都要发热，为防止变压器过热，必须采用适当的冷却方式。小容量的变压器可以通过直接散热到空气中，称为空气自冷式。较大容量的变压器，还具有冷却系统。大容量变压器通常都是三相变压器。
3.2 变压器的工作原理
如图3.2所示为变压器原理图，为便于分析，图中把原绕组和副绕组分别画在铁心的两侧。
Z L
u 1- 2σ
（a ） 变压器结构示意图 （b ） 变压器的符号
图3.2 变压器原理图
当原绕组两端加上交流电压u 1时，绕组中便会产生交流电流i 1，在铁心中产生既与原绕组交链，又与副绕组交链的主磁通Φ。还会产生少量的漏磁通1σΦ。主磁通除了在原绕组中产生电动势e 1，还会在副绕组中产生电动势e 2，从而在副绕组中产生电流i 2，电流i 2通过负载时产生压将u 2，通过副绕组时产生漏磁通2σΦ。
1.电压变换
（1）电压关系
由交流铁心线圈电路分析得：原绕组的电压方程：
R i e e u σ1111=++
其相量形式为：
11111I jX R E U ）（σ++-=
111I Z E +-=
其中R 1、1σX 、Z 1是原绕组的电阻、漏磁感抗和漏磁阻抗。
副绕组的电压方程：
2222σe R i e u +-=
其相量形式为：
222222I jX I R E U σ--=
2222I jX R E ）（σ+-=
222I Z E -=
2
I Z L = 其中R 2、2σX 、Z 2是副绕组的电阻、漏磁感抗和漏磁阻抗，Z L 是副绕组的阻抗。
（2）变换电压
变压器原、副绕组电动势的有效值为：
m fN E Φ44.411=
m fN .E Φ44422=
变压器原、副绕组的电动势的之比称为变压器的电压比（volatage radio ），用k 表示。在忽略Z 1、Z 2的情况下，
1
1E U -≈ 2
2E U = 因此原、副绕组的电压比近似等于电动势的比，特别是当变压器空载运行，即副绕组开路时，此时副绕组中的电流I 2=0，变压器原绕组电流称为空载电流I 0，它的数值一般不超过额定电流的10%，
可忽略。这时原、副绕组的电压之比更接近于电压比，即
k N N E E U U ==≈2
12121 其中k 称为变压器原、副绕组的变比。该式表明，变压器原、副绕组的电压比等于匝数比，k >1，变压器起降压作用，称为降压变压器；k<1，变压器起升压作用，称为升压变压器。
2.电流变换
当变压器负载运行时，副绕组接有负载。由m fN .E U Φ444111=≈可知，U 1和f 不变时，铁心中主磁通的最大值m Φ基本保持不变，磁动势F 也基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁通势2211N i N i +和空载时原绕组的磁通势N i 0基本相等，即：
102211N i N i N i =+
其相量形式为：
1
02211N I N I N I =+ 由于空载电流0i 很小，所以可忽略10N i 不计。则
2
211N I N I -≈ 其有效值的关系为：
k
N N I I 11221=≈ 该式表明，变压器原副绕组的电流比与匝数比成反比，
3.阻抗变换
变压器不仅可以变换电压和变换电流，还可以变换阻抗。在电子技术中为了获得最大功率，常用变压器来变换阻抗。
在图3.3所示电路中，变压器原绕组接电源U 1，副绕组接负载阻抗，其阻抗模为||Z ，对于电源来说，图中虚线框中的电路可以等效为一个阻抗，其阻抗模为|'|Z ，下面来分析两者间的关系。
|Z
|'|Z
（a ） 变压器电路 （b ）等效电路
图3.3 变压器的阻抗变换
由图（a ）得：
2
2||I U Z = 由图（b ）得： 11||I U Z =
' 由前面电压和电流变换分析可得：21kU U =，211I k
I =
则
||||22
222211Z k I U k k
I kU I U Z ====
' 由此可见，通过选择合适的变比k 可以把实际的负载阻抗变换为所需要的、比较合适的数值，这种变换阻抗的方法称为阻抗匹配。 【例1】一只扬声器电阻为10Ω，通过变压器接到电动势V 130=E ，内阻6400=R Ω的交流信号源上，为了使负载获得最大功率，阻抗需要匹配，求
（1）变压器变比是多少？
（2）将负载直接和信号源连接，负载获得的功率是多少？
（3）经变压器进行阻抗匹配，求负载获得的最大功率是多少？
（1）变压器变比
810
640021====L R R N N k （2）将负载直接和信号源连接，负载获得的功率 W 4.0101064013022o
2=???? ??+=???? ??+==L L L R R R U R I P （3）经变压器进行阻抗匹配后，求负载获得的最大功率是多少？
W 6.6640640640130''2
2o 2max =???? ??+=???? ??+==L L L R R R U R I P 3.3 变压器的额定值及型号
变压器的外壳上都有一个铭牌，上面标注出了变压器的型号和额定值，是合理、安全地使用变压器的主要依据。
1.型号
变压器的型号表示变压器的结构和规格，我国电力变压器主要有SJL1、SJ1、SJ6、SJ7、SLZ7、S6、S9。如SJL ―500/10，其中S 表示三相（D 表示单相），J 表示油浸自冷式，L 表示铝线，500表示容量为500kVA ，10表示高压侧线电压为10kV 。
2.额定值
（1）额定电压N 2N 1/U U
额定电压U 1N 是指原绕组上应加的电源电压或输入电压，U 2N 是指原绕组加上额定电压时副绕组的空载电压，即
20N 2U U =
三相变压器铭牌上给出的额定电压是指线电压。
（2）额定电流N 2N 1/I I
额定电流是原绕组加额定电压U 1N 时，原、副绕组允许长期通过的最大电流值。
三相变压器铭牌上给出的额定电流N 2N 1/I I 是指线电流。
（3）额定容量N S
变压器的额定容量是指在额定工作条件下，变压器输出能力的最大值。忽略变压器的损耗，对于单相变压器，
N 1N 12N N 2N I U I U S ≈=；
对于三相变压器，
N 1N 1N 2N 2N 33I U I U S ≈=。
（4）额定频率N f
额定频率N f 是指变压器接入的电源频率，我国规定的额定频率为50HZ 。
3.4 变压器的外特性
变压器的外特性是指电源电压U 1为额定电压、负载功率因数2cos ?一定时，副绕组输出电压U 2和电流I 2的关系，即）（22I f U =，称为变压器的外特性（external characteristic ），外特性曲线如图3.4所示
I 2 12=
12<
图3.4 外特性曲线 由图可知，对于电阻性或电感性负载来说，U 2随着I 2的增加而下降，其下降程度与负载的功率因数有关，功率因数越低，U 2下降越大。
U 2随着I 2变化的程度用电压变化率ΔU 表示，电压变化率是指变压器原绕组接额定电压，负载功率因数一定，空载与负载时副绕组额定电压之差与副绕组额定电压之比的百分数。
%U U U ΔU N
N 100222?-= 电压变化率表征了电网电压的稳定性，是变压器的主要性能指标之一。一般希望U 2的变动愈小愈好，一般变压器的电压变化率约在5% 左右。
3.5 变压器的功率与效率
1.功率
变压器工作时是有损耗的，损耗主要是由铁心和绕组产生的，即铁损Fe P ?和铜损Cu P ?，即：
Cu Fe P P P ?+?=?
铁损Fe P ?是主磁通在铁心中交变时所产生的磁滞损耗和涡流损耗，它与铁心材料、电源电压U 1频率f 有关，与负载电流无关。
铜损Cu P ?是变压器运行时电流流经绕组电阻R 1、R 2所消耗的功率，它与负载电流大小有关。
22
2121R I R I P Cu +=?
2.效率
因为变压器有损耗，变压器从电源输入的有功功率1P 比变压器输出给负载的有功功率2P 大，所以变压器的效率为 P
P P P P ?+==2212η 一般变压器的效率很高，在95%以上，小容量变压器效率约为70%～80%，大容量变压器可高达99%。另外，变压器还与负载有关，轻载或空载时效率低，因此应合理选用变压器的容量，避免轻载或空载运行。
3.6 变压器绕组的极性
变压器一般有两个或两个以上的绕组，在使用时会遇到绕组的连接问题，为了正确使用变压器，必须清楚地了解变压器绕组的同极性端，并掌握其测定方法。
1.同极性端的概念
当变压器绕组两端加交变电压时，原、副绕组中产生的感应电动势和电流也是交变的。当电流流入（或流出）两个绕组时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端（或两个流出端）称为同极性端（同名端）。或者说，当铁心中磁通增大或减小时，在两绕组中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。通常在同极性端旁标注符号“·”或“*”若产生的磁通方向相反，则两端为异极性端（异名端）。
如图3.5（a ）所示电路中，变压器的两个绕组绕在同一个铁心柱上，并且绕制方向相同。当交变电流从1、3端流入，用右手螺旋法则可知它们产生的磁通方向一致，因此1、3端为同极性端，2、4端也为同极性端。
如图3.5（b ）所示电路中，变压器的两个绕组绕在同一个铁心柱上，并且绕制方向相反。由上述分析可知，1、4端为同极性端，2、3端也为同极性端。
可见，同极性端与绕组在铁心柱上的绕向有关。
1 2 3 4
1
2
3
4 （a ） 绕向相同时 （b ）绕向相反时
图3.5
变压器绕组的同极性端
2.绕组的连接
变压器在使用时有时需要串联、并联以提高电压和电流，应根据同极性端正确连接。串联时应将异极性端相连；并联时应将同极性端分别相连，如图3.6所示。但只有额定电流相同的绕组才能串联，否则额定电流小的就会过载；额定电压相同的绕组才能并联，否则额定电压低的就会过载。
（a ） 串联 （b ）并联
图3.6 变压器绕组的连接
若连接错误，两绕组中的磁动势方向相反，相互抵消，铁心磁通为零，两个绕组均不产生感应电动势，绕组中会产生很大的电流，烧坏绕组。
3.同极性端的测定方法
对于一台已经制造好的变压器，由于经过浸漆或其他工艺处理，从外观上不能辨认绕组的具体绕向，如果引出线上没有标明，就无法确定同极性端，因此可以通过实验的方法。
（1）直流法
图3.7 直流法测定绕组极性 如图3.7所示电路中，1、2绕组通过开关S 接一个直流电源，当开关S 闭合瞬间，若毫安表的指针正向偏转，则1、3是同极性端；反向偏转则2、4是同极性端。
这是因为S 闭合瞬间，1、2绕组中的电流由1流向2并逐渐增长，则该绕组中感应电动势的方向应该从2指向1，与电流方向相反。若毫安表的指针正向偏转，表明3、4绕组中的电流由4流向3端，绕组中感应电动势的实际方向与电流的方向一致，也是由4指向3端。
（2）交流法
如图3.8所示电路中，将两个绕组的任意两端（如2和4）连在一起，在其中一个绕组的两端加一个较低的交流电压，用交流电压表分别测量U 13、U 12、U 34，若341213U U U -=，则1、3是同极性端，2、4也是同极性端；若341213U U U +=，则1、4是同极性端，2、3也是同极性端。
图3.8 交流法测定绕组极性
3.8 特殊变压器
变压器的种类很多，在实际应用中还有一些特殊用途的变压器，它们的工作原理与一般变压器相似，但各自具有不同的特点，下面来分析常用的特殊变压器。
1.自耦变压器
前面分析的普通变压器有两个绕组，称为双绕组变压器，它的原绕组和副绕组是相互绝缘的，它们之间没有电的直接关系。而这里要介绍的自耦变压器只有一个绕组，副绕组取自原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系，如图3.9所示。实验室里常用的调压器就是一种利用滑动触头可改变副绕组匝数的自耦变压器。
+ u 2 －
图3.9 自耦变压器 自耦变压器的工作原理与普通变压器基本相同，即
k N N U U ==2
121 k
N N I I 12121== 只不过这里的变比k >1。
使用自耦变压器时应注意以下几点：
（1）原、副绕组不能对调使用。若电源接到副绕组上，由于副绕组匝数少，会使电源短路或烧坏自耦变压器。
（2）调压器在接通电源前，应将滑动触头调至零位，以免接通电源瞬间产生高电压。
（3）接电源时，原绕组火线和地线不能接错。若将地线误接到火线时，当人触及到副绕组的任一端时均有触电的危险。因此，自耦变压器不允许作为安全变压器使用。
2.仪用互感器
在直流电路中，测量较大的电流常并联分流电阻，测量较高的电压常串联分压电阻。在交流电路中，测量大电流和高电压要用仪用互感器。仪用互感器的工作原理与变压器相同，但它们的外形结构、电压等级和用途等不同。
（1）电流互感器
电流互感器是一种用小电流测量大电流的特殊变压器。其原理图如图3.10所示。它的原绕组线径较粗，匝数很少，有时只有一匝，与被测量的负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表、功率表等的电流线圈串联，通常副绕组额定电流设计成标准值5A 。 u 图3.10 电流互感器
一般电流表线圈电阻很小，所以电流互感器副绕组相当于短路。则
i K k
N N I I ===11221 或 21I K I i = 式中i K 称为电流互感器的变流比。当12N N >>时，i K 很大，12I I >>，因此利用电流互感器可以用小电流来测量大电流。如果选用与电流互感器变流比相配合的专用电流表，可以直接将对应的1I 值标于电流表刻度盘上。就可以直接从表盘上读出被测大电流的数值。
使用电流互感器时应注意以下几点：
①正常运行时副绕组不允许开路，以防产生高电压。
因为正常运行时，原绕组的磁动势和副绕组的磁动势基本相互抵消。当副绕组开路时，副绕组的电流和磁动势立即消失，主磁通将急剧增加，铁损巨增，使铁心过热而烧坏绕组，同时由于
12N N >>，副绕组会产生很高的感应电动势，危及人身和设备安全。
②铁心、副绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副绕组出现高电压。
在实际工作中，经常使用钳形电流表，它是电流互感器的另一种形式，如图3.11。
图3.11
钳形电流表 它的副绕组绕在铁心上并与电流表接成闭合回路，其铁心像把钳子，可以开合。测量时，先按下扳手，张开可动铁心，纳入待测电流的一根导线后闭合铁心，则待测导线称为电流互感器的原绕组，只有一匝，从电流表读出待测导线的电流数值，十分方便。
（2）电压互感器
电压互感器是一种用低电压测量高电压的特殊变压器。其原理图如图3.12所示。它的原绕组的导线细且匝数很多，并联在所测的高压电路中；副绕组匝数较少，与电压表、功率表等的电压线圈并联，通常副绕组的额定电压规定为100V 。
图3.12 电压互感器
由于电压表的阻抗很大，所以在正常运行时，电压互感器副绕组电流很小，相当于工作在空载运行状态。则
u K N N U U ==2
121 或 21U K U u = 式中，u K 称为电压互感器的变压比。当21N N >>时，u K 很大，12U U <<，因此利用电压互感器可以用低电压来测量高电压。如果选用与电压互感器变压比相配合的专用电压表，可以直接将对应的1U 值标于电压表刻度盘上。就可以直接从表盘上读出被测高电压的数值。
使用电流互感器时应注意以下几点：
①副绕组不允许短路，以防产生过大的电流而烧坏互感器。
因为电压互感器工作时接近开路状态，若副绕组发生短路，将产生很大的短路电流，烧坏电压互感器。
②铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，高压侧波及到低压侧，对低压侧产生危险。
3.9 三相变压器
由于交流电能的产生和输送几乎都采用三相制，变换三相交流电压，则需要用三相变压器（three-phase transformer ），三相变压器输配电都采用三相制。
三相变压器有三相组式变压器和心式变压器两种。三相变压器的基本结构如图3.13所示，三对相同高、低压绕组，分别套装在三个铁心柱上。
U
U u u
图3.13 三相变压器
原绕组的首末端分别用大写字母U 1、V 1、W 1和U 2、V 2、W 2表示；副绕组的首末端分别用大写字母u 1、v 1、w 1和u 2、v 2、w 2表示。工作时将三个高压绕组U 1U 2、V 1V 2、W 1W 2和三个低压绕组u 1u 2、v 1v 2、w 1w 2分别连接成星形或三角形，我国规定有：Y/Y 、Y/Y 0、Y/Δ、Y 0/Δ、Y 0/Y 。其中，分子表示高压绕组的联接方式，分母表示低压绕组的联接方式，Y 0表示星形联接有中线引出，目前最常见的联接方式是Y/Y 0、Y 0/Δ和Y/Δ。
三相变压器铭牌上的额定电压和额定电流是高压侧和低压侧线电压和线电流的额定值，容量是视在功率的额定值。
本章小结
1.磁路是磁通经过的路径。磁路的基本物理量是磁感应强度B 、磁通Φ、磁场强度H 和磁导率μ。B 与H 不是线性关系，B 随H 的增大而增大，但有一个饱和值，H 消失时又有剩磁。
磁路欧姆定律是磁路重要的定律，它确定了磁路的磁通Φ、磁动势F 和磁阻m R 之间的关系，即
S
l NI R F μ==m
Φ 磁性材料具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性能。磁性材料可分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料，它们分别应用于不同场合。
2.在直流铁心线圈电路中，电流I 恒定，磁通Φ也恒定，所以不会产生感应电动势。在一定的电压U 下，线圈电流I 只与线圈的R 有关，即
R
U I =
在交流铁心线圈电路中，交变的励磁电流i 产生的磁通Φ，交变的Φ又在线圈中感应出磁动势e 。感应电动势的有效值为 m fN Φ.E 444=
一般情况下，线圈电阻和漏磁通的作用很小，可忽略，则线圈的端电压为
m fN Φ.E U 444=≈
3.变压器是根据电磁感应原理传递交流信号和能量的电气设备，主要由优良的磁性材料硅钢片叠成的铁心和绕在铁心上的绕组构成的。变压器具有电压变换、电流变换和阻抗变换作用。变换关系式为：
k N N U U =≈2
121 k
N N I I 11221=≈
||||22
22Z k I U k Z ==' 4.变压器在使用时要根据额定值的要求运行变压器。
变压器带负载时的外特性）（22I f U =是一条微向下倾斜的曲线，由电压变化率表示。 变压器的损耗包括铁损和铜损。因此输出功率P 2小于输入功率P 1。其效率为P P P P P Δ2212+==η，在接近满载时效率很高，轻载或空载时效率很低。
变压器绕组有极性，连接时要注意其极性。
特殊变压器的工作原理与一般变压器相似，但各自具有不同的特点。
第三章 磁路与变压器模拟考题
第三章磁路与变压器模拟考题 一、填空 1 、铁磁材料的磁性能主要表现为：____、_____ 和_____ 。 2 、铁磁材料按其磁性能可分为:_____ 、____ 和_____ 。 3 、在交流铁心线圈电路中，线圈上损耗的功率称为____ ；铁心中损耗的功率称为____ ，该损耗包括____ 损耗和_____ 损耗两部分。 4 、交流铁心线圈电源电压不变，若频率减少一半则线圈电流增至____倍，铜损增至____倍 5 、在直流铁心线圈中磁通不仅与_____有关而且还与磁路的_____有关。而在 交流铁心线圈中，磁通仅与______有关 二、判断题： 1 、变压器的额定容量等于变压器的实际输出功率。（） 2 、变压器的二次侧额定电压 U 2N 在电力系统中是指变压器一次侧施加额定电压时的二次侧空载电压有效值。（） 3 、当变压器一次绕组电压 U 1 一定时，感性负载的功率因素越低，二次绕组电压 U 2 增加的越快。（） 4 、小型变压器的电压变化率一般可达 20% 。（） 5 、将铁心线圈接在直流电源上，若铁心截面积增大，其它条件不变，则铁心磁通将减小。（） 三、选择题： 1 、电力变压器的电压变化率一般在（） A 、 10 % B 、 5 % C 、 20 % D 、 15 % 2 、将交流铁心线圈的铁心截面积增大时，其它条件不变则线圈中电流和磁通（） A 、不变Φ增大 B 、 I 增大Φ不变 C 、 I 减小Φ减小 D 、 I 减小Φ不变
3 、在额定负载时大型电力变压器的效率可达（） A 、 96 % ～ 99 % B 、 90 % ～ 96 % C 、 60 % ～ 90 % D 、 70 % ～ 85 % 4 、变压器二次侧额定电压 220V 空载时电压 230V ，实际运行电压 215V 则其电压变化率为 ( ) A 、 6.5 % B 、 4.3 % C 、 2.3 % D 、 6.8 % 5 、变压器一次侧的等效阻抗为 110Ω、二次侧的电阻性负载为 27.5Ω，则变压器变比是（） A 、 1 B 、 2 C 、 3 D 、 4 四、问答： 1 、为什么各交流电机、电器和变压器铁心普遍采用硅钢片叠成？ 2 、、有一台变压器在修理后铁心出现气隙，这时铁心的磁阻、工作磁通以及励磁电流有何影响？ 3 、试述变压器的基本组成和作用。 五、计算： 1 、已知信号源的交流电动势 E=2.4V ，内阻 R 0 =600Ω，通过变压器使信号源与负载完全匹配，若这时负载电阻的电流 I L =4mA ，则 (1) 负载电阻应为多大？ (2) 负载的最大功率为多大？ 2 、有一交流铁心线圈接在 220V 、 50HZ 的正弦交流电源上，线圈的匝数为 73 3 匝，铁心截面积为 13cm 2 , 求： (1) 铁心中的磁通最大值和磁感应强度最大值是多少？ (2) 若在铁心上再套一个匝数为 60 的线圈，则此线圈开路电压为多少
磁路与变压器
磁路与变压器 一、选择题： 1、一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量S N＝630kVA，额定电压U N1／U N2 ＝10／0.4kV，二次侧的额定电流是：（正确答案是:C） A、 21A B、 36.4A C、 525A D 、909A 2、变压器的额定容量是指： （正确答案是:C） A、一、二次侧容量之和 B、二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率 C、二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率 D 一、二次侧容量之和的平均值 3、变压器铁芯中的主磁通Φ按正弦规律变化，绕组中的感应电动势： （正确答案是:C） A、正弦变化、相位一致 B、正弦变化、相位相反 C、正弦变化、相位滞后900 D 正弦变化、相位与规定的正方向无关 4、一台变压器，当铁芯中的饱和程度增加时，励磁电抗Xm： （正确答案是:B） A、不变 B、变小 C、变大 D 都有可能 5、一台原设计为50Hz的电力变压器，运行在60Hz的电网上，若额定电压值不变，则空载电流： （正确答案是:A） A、减小 B、增大 C、不变 D 减小或增大 6、变压器在( )时，效率最高。： （正确答案是:A） A、额定负载下运行
B、空载运行 C、轻载运行 D 超过额定负载下运行 7、额定电压为10／0.4kV的配电变压器，连接组别一般采用( )接线方式。： （正确答案是:C） A、 Y，y0 B、 D，y11 C、 Y，yn0 D Y，d11 8、多台变压器在并联运行时： （正确答案是:D） A、容量较大的变压器首先满载 B、容量较小的变压器首先满载 C、短路阻抗百分数大的变压器首先满载 D 短路阻抗百分数小的变压器首先满载 9、一台双绕组变压器改接成自耦变压器，变比之间的关系可表示为： （正确答案是:A） A、 Ka＝1＋K B、 Ka＝K－1 C、 K＝Ka＋1 D K＝Ka 10、自耦变压器的变比Ka一般： （正确答案是:B） A、≥2 B、≤2 C、≥10 D ≤10 11、变比k=2的变压器，空载损耗250W(从低压侧测得)，短路损耗1000W(从高压侧测得)，则变压器效率最大时，负载系数βm=( )： （正确答案是:C ） A、 1 B、 2 C、 0.5 D 0.25 12、若将变压器一次侧接到电压大小与铭牌相同的直流电源上，变压器的电流比额定电流( )： （正确答案是:D）
第六章 磁路与变压器
第六章 磁路与变压器 一、内容提要 变压器是一种静止的电磁装置，原绕组（一次绕组）和副绕组（二次绕组）没有电的直接联系，通过交变磁场，利用电磁感应关系实现能量变换。在变压器中既有磁路问题，又有电路问题，变压器是磁路的具体应用，学习磁路是了解变压器的基础。因此本章在学习变压器理论之前讲述了磁路的基本概念及构成磁路的铁磁材料的性能；介绍了变压器理论、电机理论中常用的电磁定律及交流磁路的特点。简单地讲述了变压器的结构、工作原理、铭牌数据及变压器的外特性、效率性和变压器绕组的同极性端；并重点讲述了变压器电压、电流、阻抗的变换功能。 二、基本要求 1、了解磁路的概念和磁路中几个基本物理量 2、了解交流磁路和直流磁路的异同； 3、重点掌握分析磁路的基本定律，理解铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系及功率与能量问题； 4、掌握变压器的基本结构、工作原理、铭牌数据、绕组的同极性端、外特性、损耗和效率特性； 5、掌握变压器的电压、电流、阻抗变换。 三、学习指导 磁路部分是学习变压器以及后面学习电动机内容的基础，学习磁路时可以与电路中的内容联系对比来加深理解和记忆。 1、磁场的基本物理量 1）磁感应强度B ：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量。它是一个矢量，与电流之间的方向用右手螺旋定则确定。单位：特【斯拉】（T ）。 2）磁通Ф：磁感应强度B 与垂直于磁场方向的面积S 的乘积，即Ф=BS 。单位：韦【伯】（Wb ）。 3）磁场强度H ：计算磁场时所引用的一个物理量，也是矢量，通过它来确定磁场与电流之间的关系。单位：安【培】每米（A/m ）。 4）磁导率μ：用来表示磁场媒质磁性的一个物理量，也是用来衡量物质导磁能力的物理量。H B =μ，单位：亨【利】每米（H/m ）。真空导磁率为H/m 10470-?=πμ。 2、磁性材料与磁性能 1）、磁路 由于磁性物质（铁磁材料）具有高的导磁性。可用来构成磁通绝大部分通过的路径，这种磁路径称为磁路。 2）、磁通 磁通包括：主磁通和漏磁通 主磁通是磁通的绝大部分，沿铁心闭合起能量传递媒介作用，所经磁路是非线性的。
第6章 磁路与变压器
第六章磁路及变压器 1、磁性材料中，软磁材料磁滞回线较窄，可用来制造电机、变压器的铁心； 永磁材料具有较大矫顽磁力，一般用来制造永久磁铁；矩磁材料具有较小矫顽磁力和较大剩磁，可用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。 2、变压器中，除线圈电阻R上有功率损失即所谓铜损耗外，处于交变磁化下的铁心也有功率损耗即铁损耗。 3、磁性材料具有高导磁性、磁饱和性、磁滞性三大主要磁性能。 4、现有一变压器要实现阻抗匹配，今在二次绕组接有8Ω电阻一只，要求从一次绕组看其等效电阻是800Ω，则变压器的变压比k＝ 10 。 5、有一台变压器，其变比Ｋ=20，若该台变压器二次绕组接上2Ω电阻，则从一次绕组上得到的等效电阻为 800Ω。 6、一次侧接交流电源的变压器空载时的损耗基本上是铜损耗。 7、已知变压器的 1100 N=， 210 N=。当负载阻抗为5Ω时，折算到初级回路的阻抗为 500 Ω。 8、在交流铁心线圈中，线圈电阻上的功率损耗称为铜损耗，处于交变磁化下的铁心中的功率损耗称为铁损耗。 9、下图所示的电路中，若电源电压u的有效值为100V，频率f=50Hz，线圈匝数为200，在不考虑线圈内阻和漏磁的情况下，铁心中的磁通最大值Φm = 2.25×10-3Wb ；若电压的有效值、频率、线圈匝数保持不变，在铁心上开一个气缝,则此时铁心中的磁通最大值将不变，线圈中的励磁电流将增大。 10、磁性材料的磁滞性是指磁感应强度的变化滞后于磁场强度变化的性质。 11、使用电流互感器时，二次绕组电路不允许开路。 12、电磁铁衔铁会引起噪声，容易引起触点损坏，为消除此现象，可在磁极部分端面套上分磁环。 二、选择题
华南师范大学电工学-磁路和变压器试题
1. 下列说法中正确的是（ ） a ． 硅钢片具有高导磁率，可制造永久磁铁； b ． 调压器（自耦变压器）既可调节交流电压，也可调节直流电压； c ． 交流继电器铁心上有短路铜环，是为了防震； d ． 直流电磁铁消耗的功率有铜损和铁损。 2. 变压器的容量S N 一定，其输出有功功率不仅取决于负载的______大小，还取决于负载 的______高低。 3. 某信号源内阻为512Ω，若要使它向8Ω的喇叭输出最大功率，则输出变压器的变比K 应为多大？ 4. 将直流继电器接在同样电压的交流电源上使用，结果（ ） a ． 没有影响，照常工作； b ． 电流过小，吸力不足，铁心发热； c ． 电流过大，烧坏线圈。 5. 某变压器额定电压为220V/110V ，今电源电压为220V ，欲将其升高到440V ，可采用（ ） a ． 将副绕组接到电源上，由原绕组输出； b ． 将副绕组匝数增加到4倍； c ． 将原绕组匝数减少为1/4。 6. 某电源变压器的容量为100V A ，额定电压为380V/220V 。（1）若接一只220V ，40W 的 白炽灯，则消耗铜损R Cu ＝2W ，铁损R Fe ＝3W ，试求副边电流和效率，输出视在功率占容量百分之几？（2）若接一只220V ，40W ，功率因数5.0cos =?的日光灯（不计镇流器的功率损失），试求副边电流，铜损，和效率（铁损正比于电压），输出视在功率占容量百分之几？ 7. 有一空载变压器，原边加额定电压220V ，并测得原绕组电阻R 1＝10Ω，试问原边电流 是否等于22A ？ 8. 如果变压器原绕组的匝数增加一倍，而所加电压不变，试问励磁电流将有何变化？ 9. 有一台电压为220V/110V 的变压器，N 1＝2000，N 2＝1000。有人想省些铜线，将匝数减 为400和200，是否也可以？ 10. 变压器的额定电压为220V/110V ，如果不慎将低压绕组接到220V 电源上，试问励磁电 流有何变化？后果如何？ 11. 交流电磁铁在吸合过程中气隙减小，试问磁路磁组、线圈电感、线圈电流以及铁中心磁 通的最大值将作何变化（增大、减小、不变或近于不变）？ 12. 有一线圈，其匝数N ＝1000，绕在由铸钢制成的闭合铁心上，铁心的截面积S Fe ＝20cm 2， 铁心的平均长度l Fe ＝50cm 。如要在铁心中产生磁通φ＝0.002Wb ，试问线圈中应通入多大直流电流？ 13. 如果上题的铁心中含有一长度为δ＝0.2cm 的空气隙（与铁心柱垂直），由于空气隙较短， 磁通的边缘扩散可忽略不计，试问线圈中的电流必须多大才可使铁心中的磁感应强度保持上题中的数值？ 14. 在题12中，如将线圈中的电流调到2.5A ，试求铁心中的磁通。 15. 为了求出铁心线圈的铁损，先将它接在直流电源上，从而测得线圈的电阻为1.75Ω；然 后接在交流电源上，测得电压U ＝120V ，功率P ＝70W ，电流I ＝2A ，试求铁损和线圈的功率因数。 16. 有一交流铁心线圈，接在f ＝50Hz 的正弦电源上，在铁心中得到磁通的最大值φm ＝2.25 ×10－3Wb 。现在在此铁心上再绕一个线圈，其匝数为200。当此线圈开路时，求其两端
最新第五章 磁路与变压器习题参考答案
第五章磁路与变压器习题参考答案 一、填空题： 1．变压器运行中，绕组中电流的热效应所引起的损耗称为损耗；交变磁场在铁心中所引起的损耗和损耗合称为损耗。损耗又称为不变损耗；损耗称为可变损耗。 2．变压器空载电流的分量很小，分量很大，因此空载的变压器，其功率因数，而且性的。 3．电压互感器在运行中，副方绕组不允；而电流互感器在运行中，副方绕组不允许。从安全的角度出发，二者在运行中，绕组都应可靠地接地。 4．变压器是能改变、和的的电气设备。 5．三相变压器的额定电压，无论原方或副方的均指其；而原方和副方的额定电流均指其。 6．变压器空载运行时，其是很小的，所以空载损耗近似等于。 7．电源电压不变，当副边电流增大时，变压器铁心中的工作主磁通Φ将基本维持不变。 二、判断题： 1. 变压器的损耗越大，其效率就越低。（） 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁损耗基本不变。（） 3. 变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。（） 4. 电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。（） 5. 互感器既可用于交流电路又可用于直流电路。（） 6. 变压器是依据电磁感应原理工作的。（） 7. 电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制成。（） 8. 自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。） 9. 变压器的原绕组就是高压绕组。（） 三、选择题： 1. 变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（） A、升高； B、降低； C、不变。 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将） A、增大； B、减小； C、基本不变。 3. 电压互感器实际上是降压变压器，其原、副方匝数及导线截面情况是（）
磁路与变压器
第6章磁路与变压器 本章基本要求： 了解磁路的基本概念。了解变压器的基本结构，掌握其工作原理、额定值的意义、外特性及绕组的同极性端。了解三相电压的变换。 本章讲授重点知识： ?磁路的概念、物理量和定律 ?交流铁心线圈电路的分析 ?变压器工作原理 本章讲授难点知识： ?交流铁心线圈电路的分析 本章作业：p143 2、3 §6.1磁路的基本概念和基本定律 线圈通有电流将有磁场产生，线圈绕制在铁芯上就构成了磁路。可以说，磁路就是局限在一定路径内部的磁场。 6.1.1 磁场的基本物理量 1．磁感应强度B 磁感应强度是表示空间某点磁场强弱与方向的物理量。B的大小等于通过垂直于磁场方向单位面积的磁力线数目，B的方向用右手螺旋定则确定。单位是特斯拉(T)。2．磁通Φ
磁通表示穿过某截面的磁力线总数。单位是韦伯(Wb)。 BS =Φ 3．磁导率μ 磁导率是衡量物质导磁能力的物理量。单位是亨/米(H/m)。 真空的磁导率：H/m 10470-?=πμ 相对磁导率μr ：物质磁导率与真空磁导率的比值。 非铁磁物质μr 近似为1，铁磁物质μr 远大于1。 4．磁场强度H 磁场强度是描述磁场源强弱的物理量，与励磁电流成正比，磁场强度只与产生磁场的电流以及这些电流分布有关，与磁介质无关。单位是安／米（A ／m ）。是为了简化计算而引入的辅助物理量。 μB H = B H μ= 6.1.2 铁磁物质的磁化曲线 铁磁物质在磁化过程中的B-H 关系曲线称为磁化曲线。由于B 落后于H 变化（磁滞性），磁化曲线不是一条曲线，而是一个回线，又称磁滞回线。当H 增大到一定值时， B 几乎不再随H 变化，即达到了饱和值，这种现象称为磁饱和。
第三章 三相变压器及运行
第三章 三相变压器及运行 目录 第一节 三相变压器的磁路 (1) 第二节 三相变压器的连接组 (2) 第三节 三相变压器绕组连接法及其磁路系统对电动势波形的影响 (5) 第四节 变压器的并联运行 (7) 小结 (11) 思考题 (12) 第一节 三相变压器的磁路 三相变压器的磁路系统可分为各相磁路彼此独立和各相磁路彼此相关两类。 一、各相磁路彼此独立 如把三个完全相同的单相变压器的绕组按一定方式作三相连接便构成为三相变压器，常称为三相变压器组，如图3-1所示。这种变压器的各相磁路是彼此独立的，各相主磁通以各自铁芯作为磁路。因为各相磁路的磁阻相同，当三相绕组接对称的三相电压时，各相的励磁电流也相等。 图3-1 三相变压器组的磁路系统 二、各相磁路彼此相关 如果把图3-1的三个单相铁芯合并成如图3-2(a)所示的结构，图中，通过中间三个芯柱的 磁通便等于三相磁通的总和。当外施电压为对称三相电压，三相磁通也对称，其总和 ，即在任意瞬间，中间芯柱磁通为零。因此，在结构上可省去中间的芯 柱，如图3-2(b)所示。这时，三相磁通的流通情形和星形接法的电路相似，在任一瞬间各相磁通均以其它两相为回路，仍满足了对称要求。为生产工艺简便，在实际制作时常把三个芯柱排列在同一平面上，如图3-2(c)所示。人们称这种变压器为三相三铁芯柱变压器，或简称为三相铁芯式变压器。三芯柱变压器中间相的磁路较短，即使外施电压为对称三相电压，
三相励磁电流也不完全对称，其中间相励磁电流较其余两相为小。但是与负载电流相比励磁电流很小，如负载对称，仍然可以认为三相电流对称。 图3-2 三相铁芯式变压器的磁路系统 第二节三相变压器的连接组 一、三相变压器绕组的接法 在三相变压器中，我们用大写字母A、B、C表示高压绕组的首端，用X、Y、Z表示 高压绕组的末端，用小写字母a、b、c表示低压绕组的首端，用x、y、z表示低压绕组的末端。 对于电力变压器，不论是高压绕组或是低压绕组，我国电力变压器标准规定只采用星形接法或三角形接法。兹以高压绕组为例，把三相绕组的三个末端连在一起，而把它们的首端引出，便是星形接法，以字母Y表示。如图3-3(a)所示。如把一相的末端和另一相的首端连接起来，顺序连接成一闭合电路，便是三角形接法，以字母D表示。三角形接法有两种连接顺序，一种按AX-CZ-BY顺序，如图3-3(b)所示; 一种按AX-BY-CZ顺序，如图3-3(c)所示。 因此，三相变压器可以连结成如下几种形式：①Y y或YN y或Y yn; ②Y d或YN d; ③D y 或D yn; ④D d。其中大写表示高压绕组接法，小写表示低压绕组接法，字母N、n是星形接法的中点引出标志。 图3-3 三相绕组连接法 (a)Y连接法； (b) D连接法AX-CZ-BY; (c) D连接法AX-BY-CZ 二、连接组别及标准连接组
磁路与变压器
课题：模块三磁路与变压器 3.1磁场的性质与分析方法 课时安排：2课时 授课类型：讲授型新课 授课方式：讲授法 教学目标：1．知道磁场的基本特性是对处在它里面的磁极或电流有磁场力的作用．2．知道磁极和磁极之间、磁极和电流之间、电流和电流之间都是通过磁场发生相互作用的．3．知道什么叫磁感线．4．知道条形磁铁、蹄形磁铁、直线电流、环形电流和通电螺线管的磁感线分布情况．5．会用安培定则判定直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向． 教学重点：（1）理解用场的基本性质一一力的作用和方向性．（2）掌握安培定则及常见几种磁场的磁感线分布．（3）磁场的空间分布与磁感线的对应联系． 教学难点：磁场的空间分布与磁感线的对应联系 引入新课： 我国是世界上最早发现磁现象的国家．早在战国末年就有磁铁的记载．我国古代的四大发明之一的指南针就是其中之一，指南针的发 明为世界的航海业作出了 巨大的贡献．在现代生活 中，利用磁场的仪器或工具随处可见，如我们将 要学习的电流表、质谱仪、回旋加速器等等．进 人21世纪后，科技的发展突飞猛进、一日千里，作为新世纪的主人，肩负着民族振兴的重任，希望同学们勤奋学习，为攀登科学高峰打好扎实的基础．今天，我们首先认识磁场．
（二）新课教学： 1、磁场的产生：演示：在玻璃板上放两辆小车，小车上各放置一条形磁铁，通过演示实验1察到，磁体 同名磁极相斥，异名磁极相吸，且不需要 接触就可以发生力的作用，显然这一力是 场力，但磁不带电，不存在电场，它就是 另一种场一一磁场。体周围存在着磁场， 常见的条形磁铁、蹄形磁铁周围都存在着磁场．除磁体周围有磁场外，丹麦物理学家奥斯特首先发现电流周围也存在着磁场．观察演示实验2出，当通人电流时，小四针转动，说明电流周围也有磁场．磁极与磁极之间、电流与磁极之间、电流与电流之间通过演示实验看出都会发生相互作用，这种作用都是通过磁场这种特殊物质发生作用的． 2、磁场的性质在磁铁周围的不同由放置一些小磁针，发现小磁针静时，指向各不相如图 3 所示，这表明磁场中不同位置力的作用方向不同，因此磁场具有方向性．与电场对比．在电场中，我们利用检验电荷的受力情来反映电场的方向性，规定正电荷受的电场力方向为电场方向。 在磁场中，我们利用小磁针来规定磁场的方向，规定在磁场中的任意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是那一点的磁场方向． 3、磁感线为了形象地反映电场的方向性，我们引进了电场线的概念．同理，在研究磁场时，我们引进磁感线来反映磁场的方
第4章磁路与变压器复习练习题
第4章磁路与变压器复习练习题 一、填空题 1.线圈产生感应电动势的大小正比于通过线圈的磁通量的变化率。 2.磁路的磁通等于__磁势___与___磁阻__之比，这就是磁路的欧姆定律。 3.变压器是由原、副线圈和闭合铁心组成的。 4.变压器有变电压、变电流和变阻抗的作用。 5.变压器的铁心既是变压器的磁路，又是器身的骨架，它由铁柱和铁轭组成。 6.变压器空载运行时，其铜耗较小，所以空载时的损耗近似等于铁耗。 7.变压器铁心导磁性能越好，其励磁电抗越大，励磁电流越小。 8.变压器的原副边虽然没有直接电的联系，但当负载增加，副边电流就会增加，原边电流 __增加___。 9.变压器的原副边虽然没有直接电的联系，但当负载减少，副边电流就会减小，原边电流 __减少___。 10.变压器在电力系统中主要作用是更换电压，以利于功率的传输。 二、选择题 1.变压器的基本工作原理是 C 。 (Ａ)电磁感应 (Ｂ)电流的磁效应 (Ｃ)能量平衡 (Ｄ)电流的热效应 2.有一空载变压器原边额定电压为380Ｖ。并测得原绕组Ｒ＝10Ω，试问原边电流应为__C____。 (Ａ)大于38A (Ｂ)等于38A (Ｃ)大大低于38A 3.某单相变压器额定电压380/220Ｖ，额定频率为50ＨZ。如将低压边接到380Ｖ交流电源上，将出现___B___。 (Ａ)主磁通增加，空载电流减小 (Ｂ)主磁通增加，空载电流增加。 (Ｃ)主磁通减小，空载电流减小。 4.某单相变压器额定电压380/220Ｖ，额定频率为50ＨZ。如电源为额定电压，但频率比额定值高２０％，将出现___B___。 (Ａ)主磁通和励磁电流均增加。 (Ｂ)主磁通和励磁电流均减小。 (Ｃ)主磁通增加，而励磁电流减小。 5.如将380/220V的单相变压器原边接于380Ｖ直流电源上，将出现__C_____. (Ａ)原边电流为零。 (Ｂ) 副边电压为220Ｖ。 (Ｃ)原边电流很大, 副边电压为零。 6.当电源电压的有效值和电源频率不变时，变压器负载运行和空载运行时的主磁通是___B____。 (Ａ)完全相同 (Ｂ)基本不变 (Ｃ)负载运行比空载时大 (Ｄ)空载运行比负载时大7.变压器在负载运行时，原边与副边在电路上没有直接联系，但原边电流能随副边电流的增减而成比例的增减，这是由于____C___。 (Ａ)原绕组和副绕组电路中都具有电动势平衡关系；(Ｂ)原绕组和副绕组的匝数是固定的; (Ｃ)原绕组和副绕组电流所产生的磁动势在磁路中具有磁动势平衡关系。 8.今有变压器实现阻抗匹配，要求从原边看等效电阻是50Ω，今有2Ω电阻一支，则变压器的变比Ｋ＝___D_____。 (Ａ) 100；(Ｂ) 25；(Ｃ) 0.25；(Ｄ) 5。 9.变压器原边加220Ｖ电压，测得副边开路电压为22Ｖ，副边接负载Ｒ2＝11Ω，原边等效负载阻抗为__A___Ω。 (Ａ) 1100；(Ｂ) 110；(Ｃ) 220；(Ｄ) 1000。
磁路与变压器习题全解
第六章磁路与变压器习题全解 6—1有一线圈匝数为1500匝，套在铸刚制成的闭合铁心上，铁心的截面积为 10CM2,长度为75CM。求： (1)如果要在铁心中产生0.001Wb的磁通，线圈中应通入多大的直流电流？ (2)若线圈中通入电流2.5A，则铁心中的磁通多大？ 解：(1) B=?/S=0.001 -0.001 =1T，查铸刚磁化曲线得：H=0.7X 103 A /m ???安培环路定则：H= IN/L ??? l=HL/ N=0.7X 103X 0.75- 1500=0.35A (2) H=IN/L=2.5 X 1500- 0.75=5 X 103 A /m,查铸刚磁化曲线得：B=1.6T ①=B X S= 1.6X 0.001=0.0016Wb 6—2有一交流铁心线圈接在220V、50HZ的正弦交流电源上，线圈的匝数为733 匝，铁心截面积为13 CM2。求： (1)铁心中的磁通最大值和磁感应强度最大值是多少？ (2)若在此铁心上再套一个匝数为60的线圈，贝吐匕线圈的开路电压是多少？解：(1)v U~ E=4.44fN ① m ???① m~ U/4.44fN=220- (4.44X 50X 733) =0.00135 Wb Bm=① m/S=0.00135- 0.0013=1.04T (2) U1/ U2= N1/ N2 U2= U1 N2/ N1=220X 60- 733=18V 6—3已知某单相变压器的一次绕组电压为3000V，二次绕组电压为220V，负载是一台220V、25KW的电阻炉，试求一、二次绕组的电流各为多少？ 解：二次绕组的电流：I2= P2/ U2=25000- 220=114A I1/ I2= U2/ U1 一次绕组的电流：11= I2 U2/U 1=113.6X 220- 3000=8.36A 6—4在图6—1中，已知信号源的电压U S=12V，内阻R o=1K Q,负载电阻R L=8Q,变压器的变比K=10，求负载上的电压U2。 解：变压器原边电压： RL 图6—1题6—4的电路
第五章 磁路与变压器习题参考答案
第五章 磁路与变压器习题参考答案 一、填空题： 1．变压器运行中，绕组中电流的热效应所引起的损耗称为损耗；交变磁场在铁心中所引起的损耗和损耗合称为损耗。损耗又称为不变损耗；损耗称为可变损耗。 2．变压器空载电流的分量很小，分量很大，因此空载的变压器，其功率因数，而且性的。 3．电压互感器在运行中，副方绕组不允；而电流互感器在运行中，副方绕组不允许。从安全的角度出发，二者在运行中，绕组都应可靠地接地。 4．变压器是能改变、和的的电气设备。 5．三相变压器的额定电压，无论原方或副方的均指其；而原方和副方的额定电流均指其。 6．变压器空载运行时，其是很小的，所以空载损耗近似等于。 7．电源电压不变，当副边电流增大时，变压器铁心中的工作主磁通Φ将基本维持不变。 二、判断题： 1. 变压器的损耗越大，其效率就越低。（） 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通和铁损耗基本不变。（） 3. 变压器无论带何性质的负载，当负载电流增大时，输出电压必降低。（） 4. 电流互感器运行中副边不允许开路，否则会感应出高电压而造成事故。（） 5. 互感器既可用于交流电路又可用于直流电路。（） 6. 变压器是依据电磁感应原理工作的。（） 7. 电机、电器的铁心通常都是用软磁性材料制成。（） 8. 自耦变压器由于原副边有电的联系，所以不能作为安全变压器使用。） 9. 变压器的原绕组就是高压绕组。（） 三、选择题： 1. 变压器若带感性负载，从轻载到满载，其输出电压将会（ ） A、升高； B、降低； C、不变。 2. 变压器从空载到满载，铁心中的工作主磁通将） A、增大； B、减小； C、基本不变。 3. 电压互感器实际上是降压变压器，其原、副方匝数及导线截面
第3章 变 压 器
第三章变压器 3.1 变压器中主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？在分析变压器时怎样反映其作用？它们各由什么磁动势产生？ [答案] 3.2 变压器的R m、X m各代表什么物理意义？磁路饱和与否对R m、X m有什么影响？为什么要求X m大、R m小？ [答案] 3.3 变压器额定电压为220/110V，如不慎将低压侧误接到220V电源后，将会发生什么现象？ [答案] 3.4 变压器二次侧接电阻、电感和电容性负载时，从一次侧输入的无功功率有何不同？为什么？ [答案] 3.5 变压器的其它条件不变，在下列情况下, X1σ, X m各有什么变化？ (1) 一次、二次绕组匝数变化±10%； (2) 外施电压变化±10%； (3) 频率变化±10%。 [答案] 3.6 变压器的短路阻抗Z k、R k、X k的数值，在短路试验和负载运行两种情况下是否相等？励磁阻抗Z m、R m、X m的数值在空载试验和负载运行两种情况下是否相等？ [答案]
3.7 为什么变压器的空载损耗可以近似地看成铁损耗?为什么短路损耗可以近 似地看成铜损耗？负载时，变压器真正的铁损耗和铜损耗分别与空载损耗、短路损耗有无差别？为什么？ [答案] 3.8 当负载电流保持不变，变压器的电压变化率将如何随着负载的功率因数而变化？ [答案] 3.9 两台完全相同的单相变压器，一次侧额定电压为220/110，已知折合到一次侧的参数为：一、二次侧漏抗的标么值Z1*=Z2*=0.025∠60ο，励磁电抗的标么值Z m*=20∠60ο，如图所示把两台变压器一次侧串联起来，接到440∠0οV的电源上，求下述三种情况一次侧电流的大小(用标么值表示)。 [答案] 题3.9图 （1）端点1和3 相连，2和4相连； （2）端点1和4 相连，2和3相连； （3）第Ⅰ台变压器二次侧开路，第Ⅱ台变压器二次侧短路。
第三章 变压器
第三章变压器 1.变压器的定义：它是一种静止的电机，通过线圈间的电磁感应关系，将某一等级 的交流电压转换为同频率的另一等级的交流电压。 2.变压器的用途： 3.电力变压器：用于电力系统升、降电压的变压器。 3.1 变压器的基本结构和额定值 一、变压器的基本结构 1.铁心：构成了变压器的磁路，同时又是套装绕组的骨架。铁心由铁心柱和铁轭两 部分构成。铁心柱上套绕组，铁轭将铁心柱连接起来形成闭合磁路。①材料： 0.35mm厚涂有绝缘漆膜的硅钢片，导磁性能好，可减少铁损； ②铁心结构：心式和壳式； ③迭片方式：交迭式迭装
2. 绕组： 绕组是变压器的电路部分，它由铜或铝绝缘导线绕制而成。 一次绕组（原绕组）：输入电能 二次绕组（副绕组）：输出电能 它们通常套装在同一个心柱上，一次和二次绕组具有不同的匝数，通过电磁感应作用，一次绕组的电能就可传递到二次绕组，且使一、二次绕组具有不同的电压和电流。 其中，两个绕组中，电压较高的称为高压绕组，相应的电压较低的称为低压绕组。从高、低压绕组的相对位置来看，变压器的绕组又可分为同心式、交迭式。由于同心式绕组结构简单，制造方便，所以，国产的均采用这种结构，交迭式主要用于特种变压器中。 3.油箱和冷却装置： 变压器油的作用：绝缘和冷却 2
淮北职业技术学院机电工程系 第 3 页 4.绝缘套管：用于引线 5.保护装置和其他 二、变压器的分类 1、用途分：升压变压器、降压变压器； 2、相数分：单相变压器和三相变压器； 3、线圈数：双线圈变压器、三线圈变压器和自耦变压器； 4、铁心结构：心式变压器和组式变压器； 5、冷却介质和冷却方式：油浸式变压器和干式变压器等； 6、容量大小：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。 三、变压器的型号和额定值 1、型号：表示一台变压器的结构、额定容量、电压等级、冷却方式等内容。 例如：SL-500/10：表示三相油浸自冷双线圈铝线，额定容量为500kVA ，高压侧 额定电压为10kV 级的电力变压器。 2、额定值： 额定值是制造厂对变压器在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。额定值通常标注在变压器的铭牌上。变压器的额定值主要有： N S ：铭牌规定在额定使用条件下所输出的视在功率。 N U ：指变压器长时间运行所承受的工作电压。 （三相为线电压） N U 1：规定加在一次侧的电压； N U 2：一次侧加额定电压，二次侧空载时的端电压。 N I ：变压器额定容量下允许长期通过的电流有N I 1和N I 2（三相为线电流） 。 N f ：我国工频：50Hz ；
电子技术——磁路与变压器习题
第五章 磁路与变压器 一、填空题 1、某台变压器的容量是10000kV A ，当负载功率因数为 时，这台变压器的输出功率是9500kW ；当功率因数为0.7时，它只能输出 kW 。所以为了充分利用变压器的容量，必须提高 。 2、两互感线圈如图1 (a)、(b)两种情况联接，电压U 相同，若测A I a 10=，A I b 5=，则 种 情况为顺串，因为此时的电流 ，b 与 为同名端， 和 为异名端。 3、变压器的损耗包括 和 。 4、要消除交流电磁铁的振动，需要在铁心端面安装一个 。 5、铁心损耗是指铁心线圈中的 和 的总和。 6、交流电磁铁在铁心端面安装一个短路环，目的是 。 7、理想变压器的电阻为 。 8、理想变压器的理想条件是： 。 9、理想变压器具有______________________________________________三种性能。 10、交流电磁铁是指 。 二、选择题 1.当流过电感线圈的电流瞬时值为最大值时，线圈两端的瞬时电压值为 。 A.零 B.最大值 C.有效值 D.不一定 2.对于理想变压器来说，下列叙述正确的是 。 A ．变压器可以改变各种电源电压 B ．变压器原绕组的输入功率是由副绕组的输出功率决定的 C ．变压器不仅能改变电压，还能改变电流和电功率等 D ．抽去变压器铁心、互感现象依然存在，变压器仍能正常工作 3、一台变压器的三相绕组Y 接，每相额定电压为220V ，出厂时测得V U U U W V U 220===，但线电压V U U VW UV 220==，V U WU 380=则这种现象是（ ）。 A ．U 相绕组接反了 B ．V 相绕组接反了 C ．W 相绕组接反了 4、一台变压器的三相绕组采用三角形连接，出厂时测得线电压和相电压均为220V ，刚接上对称负载却把绕组烧坏了，则出现这种现象的原因不可能是（ ）。
第3章 磁路和变压器习题与解答
第3章 磁路和变压器习题解答 习题 A 选择题 3-1磁感应强度单位是（ ）。A A.特[斯拉]（T） B.韦[伯]（Wb） C.伏秒（V·s） 3-2磁性物质的磁导率不是常数，因此（ ）。C A.Φ与I 成正比 B.Φ与B 不成正比 C. B 与H 不成正比 3-3在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则电流I（ ）。B A.增大 B.减小 C.不变 3-4在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则磁通（ ）。A A.增大 B.减小 C .不变 3-5在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则电感L（ ）。A A.增大 B.减小 C.不变 3-6在直流空心线圈置入铁心后，如在同一电压作用下，则功率P（ ）。B A.增大 B.减小 C.不变 3-7 铁心线圈中的铁心到达磁饱和时，则线圈电感L（ ）。B A. 增大 B.减小 C.不变 3-8在交流铁心线圈中，如将铁心截面积减小，其它条件不变，则磁动势( ) 。A A.增大 B.减小 C.不变 3-9交流铁心线圈的匝数固定，当电源频率不变时，则铁心中主磁通的最大值基本上决定 于（ ）。C A.磁路结构 B.线圈阻抗 C.电源电压 3-10为了减小涡流损耗，交流铁心线圈中的铁心由钢片（ ）叠成。C A. 垂直磁场方向 B.任意 C. 顺磁场方向 3-11 当变压器的负载增加后，则（ ）。A A.一次侧电流1I 和二次侧电流2I 同时增大 B.二次侧负载电流2I 增大, 一次侧电流1I 保持不变 C.铁芯中磁通m Φ增大 3-12 50Hz 的变压器用于30Hz 是，则（ ）。C A.一次侧电压1U 降低 B.m Φ近于不变 C.可能烧坏绕组 3-13 一台10/0.4Kv，Δ/Y 连结的三相变压器的变比是（ ）。B A.25 B.43.3 C.14.43 3-14变压器额定容量的单位是（ ）。B A.kVar B. kV·A C. kW B 基本题
第3章磁路和变压器
第3章 磁路和变压器 A 选择题 3.1.1 磁感应强度的单位是( )。 （1）韦[伯](Wb) (2)特[斯拉]（T） （3）伏秒（V·S） 3.1.2 磁性物质的磁导率μ不是常数，因此（ ）。 （1）B与H不成正比 （2）Φ与B不成正比 （3）Φ与I不成正比 3.2.1 在直流空心线圈中置入铁心后，如在同一电压作用下，则电流I（ ），磁通Φ（ ）， 电感L（ ）及功率P（ ）。 电流：（1）增大 （2）减小 （3）不变 磁通：（1）增大 （2）减小 （3）不变 电感：（1）增大 （2）减小 （3）不变 3.2.2铁心线圈中的2到达磁饱和时，则线圈电感L（ ）。 （1）增大 （2）减小 （3）不变 3.2.3 在交流铁心线圈中，如将铁心截面积减小，其他条件不变，则磁通势（ ）。 （1）增大 (2)减小 （3）不变 3.2.4 交流铁心线圈的匝数固定，当电源频率不变时，则铁心中主磁通的最大值基本上决定 于（ ）。 (1)磁路结构 （2）线圈阻抗 （3）电源电压 3.2.5 为了减小涡流损耗，交流铁心线圈中的铁心由钢片（ ）叠成。 （1）垂直磁场方向 (2)顺磁场方向 （3）任意 3.2.6 两个交流铁心线圈除了匝数(N1>N2)不同外，其他参数都相同。如将它们接在同一交流 电源上，则两者主磁通的最大值Φm1( ) Φm2。 （1）> （2）< （3）＝ 3.3.1 当变压器的负载增加后，则（ ）。 （1）铁心中主磁通Φm增大 （2）二次侧负载电流I2增大，一次侧电流I1不变 （3）一次侧电流I1和二次侧电流I2同时增大 3.3.2 50H Z的变压器用于25H Z时，则（ ）。 （1）Φm近于不变 （2）一次侧电压U1降低 （3）可能烧坏绕组 3.4.1 交流电磁铁在吸合过程中气隙减小，则磁路磁阻（ ）,铁心中磁通Φm（ ），线圈电 感（ ），线圈感抗（ ），线圈电流（ ），吸力（ ）。 磁阻：（1）增大 （2）减小 （3）不变 磁通：（1）增大 （2）减小 （3）近于不变 电感：（1）增大 （2）减小 （3）不变 感抗：（1）增大 （2）减小 （3）不变 电流：（1）增大 （2）减小 （3）不变 吸力：（1）增大 （2）减小 （3）近于不变 3.4.2直流电磁铁在吸合过程中气隙减小，则磁路磁阻（ ）,铁心中磁通（ ），线圈电感（ ）， 线圈电流（ ），吸力（ ）。 磁阻：（1）增大 （2）减小 （3）不变 磁通：（1）增大 （2）减小 （3）不变
磁路与变压器(3)
第15章 电机与电气控制技术基础 一、基本要求 1．了解磁路的概念，理解分析磁路的基本定律，了解铁心线圈电路中的电磁关系、电压电流关系以及功率与能量问题，特别要掌握m fN U Φ≈44.4这一关系式； 2．了解变压器的基本构造、工作原理、名牌数据、外特性和绕组的同极性端，掌握其电压、电流、阻抗变换功能，了解电磁铁的吸力以及交流电磁铁与直流电磁铁的异同； 3．了解三相异步电动机的基本构造、转动原理、机械特性和经济运行，掌握起动和反转的方法，了解调速和制动的方法，并理解三相异步电动机的名牌数据的意义； 4. 了解常用控制电器的基本结构、动作原理和控制作用，并具有初步选用的能力； 5．掌握三相鼠笼式电动机的直接起动和正反转的控制线路，并了解行程控制和时间控制。 二、阅读指导 (一)、磁路与铁心线圈电路 在学习本章时，要注意如磁路与电路、直流励磁铁心线圈电路与交流励磁铁心线圈电路、交流铁心线圈电路与交流空心线圈电路、直流铁心线圈电路与直流空心线圈电路等的联系与区别，以便理解与掌握。 1．磁路与电路的比较 在电机、变压器、电磁铁、电磁测量仪表以及其他各种铁磁元件中，不仅有电路的问题，同时还有磁路的问题，两者往往是相关联的，只有同时掌握了电路和磁路的基本理论，才能对上述的各种铁磁元件作全面的分析。 磁路和电路有很多相似之处，但分析与处理磁路比电路要有难度，例如：在处理电路时一般不涉及电场问题，而在处理磁路时离不开磁场的概念；在处理电路时一般可以不考虑漏电流(因为导体的电导率比周围介质的电导率大得多)，但在处理磁路时一般都要考虑漏磁通(因为磁路材料的磁导率比周围介质的磁导率大得不太多)；)磁路的欧姆定律与电路的欧姆定律只是在形式上相似，由于μ不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接应用磁路欧姆定律来计算，它只能用于定性分析；在电路中，当E =0时，I =0，但在磁路中，由于有剩磁，当F ＝0时，0≠Φ；在电磁关系、电压电流关系以及功率与能量等问题上，分析交流铁心线圈电路也比分析空心线圈电路复杂得多。 2．磁化曲线 当线圈中有磁性物质存在时(设磁路由相同截面的单一材料构成)，磁感应强度B 与磁场强度H 不成正比，由于磁通Φ与B 成正比(Φ=SB )，励磁电流I 与H 成正比(Hl IN =)，因此Φ与I 也不成正比。于是由下式 H B = μ,I N ΦL = 可见，在存在磁性物质的情况下，磁导率μ和线圈的电感L 都不是常数，它们随线圈中的 励磁电流而变，铁心线圈是一个非线性电感元件。这个非线性关系如图15．1所示，两者是对应的。 3．磁路的基本定律 安培环路定律
第三章 三相变压器
第三章 三相变压器 §3-1．三相变压器的磁路 1．三相变压器组 三相变压器的磁路系统可分为各相磁路彼此独立和各相磁路彼此相关的两类。 图3-1 三相组成磁路系统 三相是由变压器由三个单相磁通沿各自的磁路闭合，彼此毫 无关系，所以三相变压器组的磁路系统属于彼此无关的一种。当原边加上三相对称电压时， 变压器组成的，由于各相的三相主磁通? φA，? φB，? φ特点：（1）三相磁路彼此无关相互独立 C 也是对称的，因此三相空载电流也是对称的。 ? ? ? （2）三相磁通对称φA ，φB ，φ大小相等，互差120o （3）三相激磁电流对称 2．三相相磁通对称其总和A+ B C=0，即在任何瞬间，中间芯柱磁通为零，所以在结构上可省去中间的芯柱。 外两相的磁路闭合，故属于各相磁路彼此相关的一种。 （2）三相磁通代数和为零 C 心式变压器 三个单相铁芯由于三? φ? φ+? φ三相磁能的流通均以其它两相为回路，为了简便，把三个芯板排列在芯柱同一平面上。 在这种磁路中，因每相主磁通都要借另而且三相磁路长度不相等，B 相最短，A、C 磁路较长的i ,i 相等,i 较小，但与A 0oC oB 外接电压相比，如电压对称，仍然认为三相电流对称。 特点：（1）三相磁路彼此相关 （3）三相的空载电流不对称
由于与负载电流相比，励磁电流很小，如负载对称，仍可认为三相电流对称。 三相芯式变压器的磁路系统 §3-2．三相变压器的电路系统——联接组 1．单相变压器（1）同名端（同极性端） 个绕组而言无极性，但当两个绕组同时链着一个磁通极性。 “●”表示。 首末a ）图：当 图3-2 绕组的标志方式 由于感应电动势是交变的，对于一时，感应电动势存在着相对例如，在某一瞬间，高压绕组正电位，则低压绕组必定有一个端点也为正电位，把这两个极性相同的端点称为同极性端，用 图3-3 端的两种标法 （dt d Φ 增加时，根据楞次定律，两个绕组感应电势瞬时实际方向应从2指向1，4椤次指向3。因为定律说：当磁通增加o >dt d Φ 时，产生感应电动势，如能产生电流，该电 流又能产生磁通的话，该磁通的作用是企图阻止原磁通的增加。 所以：、为同极性端。、为同极性端或者说： 13 24。